Эксперименты с динамическим сжатием алмаза с помощью лазерного излучения проводились на базе установки Omega в Лаборатории лазерной энергетики Рочестерского университета. Специалисты испаряли внешний слой крошечного образца, направляя внутрь кристаллической структуры сильнейшую ударную волну. При этом давление в центре мишени превосходило давление в центре Земли, Нептуна и Урана, а температура превышала солнечную.
Новая технология плавления алмазов может в 3 раза увеличить выработку энергии термоядерными установками
Ученые Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса, США исследовали поведения алмаза при экстремальном давлении и температуре. Это позволило оптимизировать технологию инерциального термоядерного синтеза. Снижение скорости начальной ударной волны позволяет увеличить выход энергии в три раза.
Новые эксперименты по плавлению подтверждают, что алмаз плавает в жидком углероде под высоким давлением, подобно тому, как кубики льда плавают в стакане с водой. James Wickboldt/LLNL
Алмазные дожди в недрах ледяных гигантов. Глубоко в недрах Нептуна и Урана углеводороды распадаются под действием колоссального давления и высокой температуры. Освобожденный углерод кристаллизуется в алмазы, которые постепенно погружаются к центру планеты, формируя так называемый «алмазный дождь». При движении сквозь мантию эти кристаллы выделяют тепло за счет трения, что объясняет загадку аномально высокого внутреннего излучения Нептуна.
Фемтосекундная рентгеновская дифракция на металлах алюминия и циркония, подвергшихся лазерному удару.
Применение рентгеновской дифракции впервые позволило точно измерить атомную структуру, плотность и оптическую отражательную способность углерода в момент плавления, длившийся всего миллиардную долю секунды.
Новые данные полностью совпали с теоретическими моделями квантовой механики. Кроме того, физики выяснили, что при одиночном мощном ударе углерод не переходит в промежуточные кристаллические фазы, а сохраняет структуру алмаза вплоть до расплавления. Работа опубликована в журнале Nature Physics.
Продолжение ниже
Видео
Продолжение
«Нам удалось взять крошечные образцы алмаза и сжать их ударной волной до температур выше поверхности Солнца и давлений выше, чем в центре Нептуна и Урана, измерив при этом атомную структуру», — отметил соавтор работы Мариус Милло.
От термоядерного синтеза к алмазным дождям
Установка Omega в Лаборатории лазерной энергетики.
Полученные результаты дают ученым возможность кардинально улучшить параметры работы термоядерных установок. В системах инерциального синтеза мощные лазеры сжимают микроскопическую алмазную капсулу с топливом. Для превращения оболочки в однородную жидкость традиционно применяли сверхсильный первый импульс.
Но теперь уточненные данные показывают: плавить углерод можно и менее жесткой ударной волной. Это сохраняет высокую сжимаемость топлива и, по расчетам, способно в три раза поднять энергоотдачу реакции при тех же затратах лазерной энергии. Помимо энергетики, работа уточняет модели эволюции планет-гигантов, где на огромной глубине идут «алмазные дожди».
Загружаем